CN1215307C - 陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法及烧成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于窑炉技术领域，涉及一种陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法及烧成装置。该陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法，是在使用廉价劣质燃料为主加热能源、连续烧成陶瓷产品的隔焰窑上，在其烧成段安装使用清洁燃料的气氛发生装置和分段隔离装置，与马弗窑道相连通，使纯氧化气氛的马弗窑道内在烧成段形成陶瓷产品烧成所需的、与温度曲线相吻合的、能够易于控制、相对稳定的气氛曲线，从而准确控制实现所需还原气氛烧成。陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置，是在隔焰窑的烧成段安装使用清洁燃料的多对燃烧喷嘴用作气氛发生装置，在烧成段前的临界温度点安装气氛转换烧嘴作为分段隔离装置，使气氛转换烧嘴之前为氧化气氛，之后为还原气氛，每个烧嘴的燃烧室与马弗窑道相连通。
Description
技术领域
本发明属于窑炉技术领域，涉及一种陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法及烧成装置。
背景技术
陶瓷工业生产用多孔推板窑、隔焰辊道窑在使用原煤、煤气、水煤浆、重油等非洁净燃料烧成时，只能采用马弗式隔焰烧成，以免污染产品。这种马弗式隔焰窑炉只能自然形成氧化气氛，因而陶瓷产品的烧成品种受到限制。目前只能烧成低挡的陶瓷器件，如果要烧成白色调的陶瓷必须使用乳浊釉，但又失去了瓷质透明度和质感，产品档次低。有些陶瓷坯釉必须在还原气氛下烧成才能达到所要求的品质和外观。如传统的白里泛青、透明度高的细瓷在这种窑内无法烧成，瓷胎矿物原料中含有的氧化铁(将瓷胎染成黄色)而无法将其还原成氧化亚铁(瓷胎呈现白里泛青)，反应式如下：
CO(一氧化碳)为还原剂。另外如高档陶瓷产品—釉下彩在这种氧化气氛窑炉上便不能烧成，还有部分釉中彩的花色也要还原气氛保护才能发色艳丽。而在目前的陶瓷行业，要大规模、低成本生产精细白瓷、釉下彩瓷等高档细瓷必须投资100-200万元建造气烧或轻柴油烧成的隧道窑或辊道窑。其通常的温度制度、气氛制度和压力制度的控制要求如表1所示。燃气抽屉窑虽投资较少但生产成本高，无竞争力。现在拥有低造价、低成本、烧劣质燃料的推板窑或隔焰式辊道窑的陶瓷厂很多，因无法对烧成气氛的控制和转换，无法使产品上档次，影响其生产的产品的竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要针对陶瓷隔焰窑炉不能烧还原气氛的缺陷，提供一种陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法及烧成装置，使原来只能烧氧化气氛的隔焰窑炉再增加几万元的投资，成为一套能控制这种窑炉烧成所需的氧化—还原气氛，使其能烧成各种高档陶瓷产品。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法是在使用廉价劣质燃料为主加热能源、连续烧成陶瓷产品的隔焰窑上，在其烧成段通过安装使用清洁燃料的气氛发生装置和分段隔离装置，并使烧成段燃烧室与马弗窑道相连通，让燃料在燃烧室燃烧后的火焰直接进入马弗窑道，控制空燃比，使烧成段为还原气氛烧成，其余段仍为氧化气氛，使纯氧化气氛的马弗窑道内在烧成段形成陶瓷产品烧成所需的、与温度曲线相吻合的、能够易于控制、相对稳定的还原气氛曲线，从而准确控制实现所需还原气氛烧成。通常在室温至(800-1100)℃的窑道内控制强氧化气氛，(800-1100)℃以上至止火温度窑道内控制还原气氛根据烧成的陶瓷品种不同可自如调节气氛浓度和气氛曲线，还可根据用户需要，辅以工业控制计算机进行电脑自控。
陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置包括隔焰窑的主燃烧室、马弗窑道、烟道、窑墙，在隔焰窑的烧成段安装使用清洁燃料的多对还原气氛发生喷嘴用作还原气氛发生装置，在烧成段前的临界温度点安装气氛转换烧嘴作为分段隔离装置，使气氛转换烧嘴之前为氧化气氛，之后为还原气氛，每个烧嘴的燃烧室与马弗窑道相连通，使纯氧化气氛的马弗窑道内形成陶瓷产品烧成所需的、与温度曲线相吻合的、能够易于控制、相对稳定的气氛曲线，从而准确控制实现所需还原气氛烧成。
本发明用于以廉价劣质燃料为主加热能源的隔焰窑中，以很少量的投资，使用极少量的清洁燃料营造还原气氛的方式，很好地解决了须投资数百万元、全部使用清洁燃料的窑炉才能达到的烧成效果。
以下结合实施例附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明装置用于四孔隔焰推板窑的结构示意图
图2为图1的一个横剖面图
图3为窑道内沿窑道方向温度曲线图和还原剂浓度曲线图
图中：1—马弗窑道 2—窑道导向气流排出口 3—气氛转换烧嘴 4—还原气氛发生烧嘴 5—余热排出口 6—冷风入口 7—主燃烧室 8—回旋烟道 9—主烟道10—窑墙 11—烧嘴喷出燃料燃烧室 12—上隔墙 13—下隔墙 14—窑道内温度曲线 15—还原剂浓度曲线
具体实施方式
本实施例是将本发明应用于一四孔隔焰推板窑，该窑有预热段、烧成段、冷却段，在该窑的烧成段的起点位置安装有气氛转换烧嘴(3)，其后分布有还原气氛发生烧嘴(4)，每个烧嘴喷出燃料燃烧室与马弗窑道(1)连通。生产时，窑炉的主燃烧室(7)产生的烟气经回旋烟道(8)流入窑炉的主烟道(9)由烟囱排出，烟气的热量则通过隔焰板将马弗窑道内的待烧陶瓷制品温度升高，窑内温度分布如图3的温度曲线(14)所示。根据不同的陶瓷产品配方，具有不同的产品烧成温度曲线，从室温至(800-1100)℃的预热温度段，窑内为强氧化气氛，空气过剩系数α＝1.15-1.3，压力状况为负压ΔP＝-(39.2-58.8)帕斯卡，在窑炉的950℃-1050℃的低温区范围内，安装液化石油气高速调温烧嘴，直接向马弗窑道内送入空气过剩系数α＝1.25-1.3的强氧化焰，将高温区流过来的还原性烟气转换为氧化气氛，以实现1000℃以下温度区间的氧化气氛；由预热温度段与烧成段之间的交界临界点处设置的气氛转换烧嘴(3)来控制氧化—还原气氛的转换，通过控制由烧嘴喷入的清洁燃料的量的多少来达到在临界点处气氛的转换，使在临界点前的预热温度段为氧化气氛，在临界点后的烧成段为还原气氛，并在此处形成还原气氛分段隔离装置，临界点处的温度根据不同的陶瓷产品配方，一般为(800-1100)℃；在马弗窑道(800-1100)℃以上—止火温度(一般为烧成段的最高温度约为1300℃)烧成段的区间内是通过安装的还原气氛发生烧嘴(4)，烧嘴数量由窑道长度决定，窑道越长烧嘴越多，送入空气过剩系数α＝0.8-0.9的烟气，使马弗窑道内形成含(CO)还原剂浓度为3-5％的还原气氛，这些还原性气体与待烧制的陶瓷坯体进行物理化学反应，改变或保护烧制品的发色，并在马弗窑道导向气流的作用下向低温区流动；根据烧成的陶瓷品种不同可调节各烧嘴的空燃比例，以满足产品烧成的气氛浓度和气氛曲线；可根据用户需要，辅以工业控制计算机通过气氛检测装置由电脑控制气氛转换烧嘴(3)和还原气氛发生烧嘴(4)的空燃比，进行电脑自控。根据检测的气氛，由电脑控制空燃比即控制空气过剩系数。从止火温度—室温，为产品冷却过程，气氛要求为空气氛围，与现有技术相同。
本发明在使用廉价劣质燃料为主加热能源、只能以氧化气氛连续烧成或间歇烧制陶瓷产品的隔焰推板窑或马弗式辊道窑上，安装本发明烧成装置这样一套使用液化石油气或天然气等清洁燃料的气氛发生装置和分段隔离装置，使纯氧化气氛的马弗窑道内形成陶瓷产品烧成所需要的、与温度曲线相吻合的、相对稳定的气氛曲线，从而实现还原气氛烧成。在这种以廉价劣质燃料为主加热能源的隔焰推板窑中或马弗式辊道窑上，以很少量的投资，使用极少量的清洁燃料营造还原气氛的方式，很好地解决了须投资数百万元、全部使用清洁燃料的窑炉才能达到烧成效果。利用本发明改造的隔焰窑炉生产同质的精细陶瓷产品即白度、透光度、釉面光泽度都达到相同效果，其烧成成本比行业内最先进的燃气辊道窑降低了40-50％，大大节省燃料。
表1：高档日用细瓷及釉下彩烧成工艺要求
| 温度区间(℃) | 气氛要求 | 压力状况 |
| 室温-1000℃ | 强氧化气氛，空气过剩系数α＝1.15-1.25 | 负压ΔP＝-(39.2-58.8)帕斯卡 |
| 1000℃-1200℃ | 强还原气氛空气过剩系数α＝0.8-0.9综合控制CO％＝3-5％ | 正压ΔP＝0-39.2帕斯卡 |
| 1200℃-止火温度 | 弱还原气氛CO％＝1-3％ | 正压ΔP＝0-39.2帕斯卡 |
| 止火温度-室温 | 空气氛围(产品冷却过程) | 区段平衡 |
Claims (7)
1、一种陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法，是在使用廉价劣质燃料为主加热能源、连续烧成陶瓷产品的隔焰窑上，在其烧成段通过安装使用清洁燃料的气氛发生装置和分段隔离装置，并使烧成段燃烧室与马弗窑道相连通，控制空燃比，使烧成段为还原气氛烧成，其余段仍为氧化气氛，即从室温至(800-1100)℃的预热温度段，窑内为强氧化气氛，空气过剩系数α＝1.15-1.3，压力状况为负压ΔP＝-(39.2-58.8)帕斯卡，在窑炉的950℃-1050℃的低温区范围内，向马弗窑道内送入空气过剩系数α＝1.25-1.3的强氧化焰，将高温区流过来的还原性烟气转换为氧化气氛，以实现1000℃以下温度区间的氧化气氛，由预热温度段与烧成段之间的交界临界点处设置的气氛转换烧嘴(3)来控制氧化—还原气氛的转换，通过控制由烧嘴喷入的清洁燃料的量的多少来达到在临界点处气氛的转换，使在临界点前的预热温度段为氧化气氛，在临界点后的烧成段为还原气氛，并在此处形成还原气氛分段隔离装置，临界点处的温度根据不同的陶瓷产品配方，为800-1100℃，在马弗窑道(800-1100)℃以上—止火温度，送入空气过剩系数α＝0.8-0.9的烟气，使马弗窑道内形成含CO还原剂浓度为3-5％的还原气氛，这些还原性气体与待烧制的陶瓷坯体进行物理化学反应，改变或保护烧制品的发色，并在马弗窑道导向气流的作用下向低温区流动，使纯氧化气氛的马弗窑道内在烧成段形成陶瓷产品烧成所需的、与温度曲线相吻合的、能够易于控制、相对稳定的还原气氛曲线，从而准确控制实现所需还原气氛烧成。
2、根据权利要求1所述的陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法，其特征在于在烧成段设置还原气氛发生烧嘴(4)，气氛由气氛转换烧嘴(3)和所设置的还原气氛发生烧嘴(4)的空燃比来控制，根据烧成的陶瓷品种不同调节气氛浓度和气氛曲线，根据用户不同需要，辅以工业控制计算机通过气氛检测装置由电脑控制气氛转换烧嘴(3)和还原气氛发生烧嘴(4)的空燃比。
3、根据权利要求1或2所述的陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成方法，其特征在于在窑炉的950℃-1050℃的低温区范围内，通过安装液化石油气高速调温烧嘴，直接向马弗窑道内送入空气过剩系数α＝1.25-1.3的强氧化焰，将高温区流过来的还原性烟气转换为氧化气氛，以实现1000℃以下温度区间的氧化气氛，在马弗窑道(800-1100)℃—止火温度烧成段的区间内是通过安装的还原气氛发生烧嘴(4)，烧嘴数量由窑道长度决定，窑道越长烧嘴越多，送入空气过剩系数α＝0.8-0.9的烟气，使马弗窑道内形成含CO还原剂浓度为3-5％的还原气氛。
4、一种陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置，包括隔焰窑的主燃烧室(7)、马弗窑道(1)、回旋烟道(8)、窑墙(10)，其特征在于在隔焰窑的烧成段安装使用清洁燃料的多对还原气氛发生喷嘴(4)用作还原气氛发生装置，在烧成段前的临界温度点安装气氛转换烧嘴(3)作为分段隔离装置，使气氛转换烧嘴之前为氧化气氛，之后为还原气氛，每个烧嘴的燃烧室(11)与马弗窑道(1)相连通，使纯氧化气氛的马弗窑道(1)内形成陶瓷产品烧成所需的、与温度曲线相吻合的、能够易于控制、相对稳定的气氛曲线，从而准确控制实现所需还原气氛烧成。
5、根据权利要求4所述的陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置，其特征在于由预热温度段与烧成段之间的交界临界点处设置的气氛转换烧嘴(3)来控制氧化—还原气氛的转换，通过控制由烧嘴喷入的清洁燃料的量的多少来达到在临界点处气氛的转换，使在临界点前的预热温度段为氧化气氛，在临界点后的烧成段为还原气氛，并在此处形成还原气氛分段隔离装置。
6、根据权利要求4所述的陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置，其特征在于在马弗窑道(800-1100)℃—止火温度烧成段的区间内安装的还原气氛发生烧嘴(4)为高速烧嘴，烧嘴数量由窑道长度决定，窑道越长烧嘴越多。
7、根据权利要求4或5或6所述的陶瓷隔焰窑炉还原气氛烧成装置，其特征在于辅以工业控制计算机通过气氛检测装置由电脑控制气氛转换烧嘴(3)和还原气氛发生烧嘴(4)的空燃比。
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